(57)【要約】【課題】磁性導電体粉末粒子表面をシリカで電気絶縁する方法を提供すること。【解決手段】磁性導電体粉末粒子表面をペルヒドロポリシラザン溶液に被覆させる工程と、その結果として形成された被膜を常温で酸化させて前記導電体粒子表面にシリカ膜を形成する工程とで磁性導電体粉末粒子の電気絶縁を行う。シリカ膜が被覆された導電体粉末粒子は、有機バインダー及びシランカップリング剤と混合された後、加圧成形される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性導電体粉末の表面をペルヒドロポリシラザン溶液で被覆する工程と、
その結果として導電体粉末粒子表面に形成された被膜を常温で酸化させてシリカ膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする磁性導電体粉末粒子の電気絶縁方法。
【請求項２】
シリカ膜が被覆された導電体粉末粒子を有機バインダー及びカップリング剤と混合した後、加圧成形する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記有機バインダーは、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂であり、前記カップリング剤は、シランカップリング剤であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性導電体粉末粒子の表面を絶縁する方法に関し、特に、磁性導電体粉末粒子表面をシリカ（ＳｉＯ2）で電気絶縁する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電体粉末粒子の表面にシリカ薄膜を形成して導電体粉末粒子の絶縁性及び耐薬品性を与える方法としては、多様な方法が知られている。例えば、被覆しようとする非金属材料を物理的又は化学的方法で蒸着する方法、化学薬品による導電体粉末粒子表面との反応により非導電性材質に転換する方法などがある。これら従来の方法のうち、コスト及び被覆された非導電体膜の性能を共に考慮して、シリカ被覆法が最も多く用いられており、シリカ被覆工程は、シリカ陽イオンが含まれた有機ケイ素化合物で導電体金属粉末の表面を被覆した後、適切な酸化工程を経て無機質のシリカ膜に転移させる方法が最も一般的である。
【０００３】
従来の方法においては、主にテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）やテトラメチルオルトシリケート（ＴＭＯＳ）などの有機ケイ素化合物を出発物質にして、これを部分加水分解又は完全加水分解したゾル状の液状物質が主に使用されてきたが、該ゾルは、有機物を完全に除去して完全なシリカ被膜に転移させるために、必ず高温、例えば４５０℃以上で酸化処理しなければならなかった。しかしながら、このような高温では、導電体粉末自体の酸化を防止するための雰囲気にしなければ、導電体粉末の表面の酸化が防止できないため、導電体粉末の特性変化を抑制することが不可能であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上述のような従来の問題を解決するための磁性導電体粉末粒子の電気絶縁方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するために、本発明による磁性導電体粉末粒子の電気絶縁方法は、
導電体粉末粒子の表面をペルヒドロポリシラザン（ＰＨＰＳ）溶液で被覆する工程と、
その結果として生成された被膜を常温で酸化させてシリカ膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明による磁性導電体粉末粒子の電気絶縁方法は、シリカ膜が形成された導電体粉末粒子を有機バインダー及びシランカップリング剤と混合して磁性導電体粉末粒子の加圧成形体を得る工程をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による加圧成形体は、電気的・磁気的特性は保持したまま電気的に不導体である磁性導電体粉末粒子を得ることができるという効果がある。従って、本発明によると、磁気的特性に優れながらも電気抵抗が低いためその使用範囲に制約があった金属磁性体の活用範囲を画期的に拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ペルヒドロポリシラザン（ＰＨＰＳ）は、炭素（Ｃ）を含まずにＳｉ−Ｈ、Ｎ−Ｈ及びＳｉ−Ｎのみから構成された「−（ＳｉＨ2ＮＨ）−」を反復単位とする完全な無機ポリマーであり、クラリアントジャパン株式会社からＡＱＵＡＭＩＣＡ（登録商標）という商品名で市販されている。この製品は、主成分がＰＨＰＳであり、有機溶媒及び微量の触媒を含有する。有機溶媒は、使用目的によって選択されるが、ケトン、アルコール又はエステルなどの水溶性の溶媒は使用できず、キシレンなどの高沸点芳香族溶媒が主に使用される。また、触媒は、水分との反応を促進させるものが選択されるが、現在市販中のものは、主にアミン系触媒が微量添加されている。主成分であるＰＨＰＳは、不活性雰囲気下で高温（約４５０℃）で焼成すると、触媒作用により大気中の水分及び酸素と反応して脱水素化反応を起こして緻密な高純度の非結晶質シリカを形成する化合物である。このような性質のため、ＰＨＰＳは、防汚、防蝕、耐熱被膜材料などとして利用されている。
【０００９】
本発明においては、上述のＰＨＰＳ溶液（ＡＱＵＡＭＩＣＡ溶液）を磁性導電体粉末粒子に被覆することにより、被覆後にシリカへの転移に必要な焼成温度を画期的に低下することができ、これにより、導電体粉末粒子の酸化などの副作用を予防することができる。
【００１０】
一般に、導電体粉末粒子表面にシリカ膜を形成するために使用されている、例えば、通常のＳｉ系有機化合物（アルコキシド）ゾルの場合、以下の反応式１で表すように、加水分解反応により形成されたヒドロキシド（水酸化物）形態のシリコン化合物からゾル内の環境によって、以下の反応式２ａ及び反応式２ｂの反応によりシリカ膜が形成される。
【００１１】
【化１】
2006283190.tif 000002
【００１２】
上記の各反応式において、ＭはＳｉ金属イオンであり、Ｒはアルキル基である。また、反応式２ａ及び２ｂでは、Ｓｉ−Ｏ結合の形成と共に水及びアルコールが副産物として生成されるが、これら水及びアルコールは、４５０℃以上の焼成温度で気体状態となり完全に除去される。従って、完全なシリカ膜への転移が可能である。
【００１３】
これに対して、本発明によるＰＨＰＳ溶液は、常温で以下の反応式３に従って空気中の水分及び／又は酸素との反応で酸化してシリカ膜を形成する。
【００１４】
【化２】
2006283190.tif 000003
【００１５】
必要に応じて、反応式３の反応速度を増加させる場合は、反応系をＰＨＰＳの沸点（溶媒であるキシレンの沸点：約１３７〜１４４℃）以上、すなわち、１５０〜４５０℃程度の低温で加熱してもよい。
【００１６】
Ｓｉ−アルコキシド系有機金属化合物を被覆基材として使用する従来の方法と前記ＰＨＰＳの無機ポリマーを被覆基材として使用する本発明の方法とを比較すると、最大の相違点は、本発明は、Ｓｉ−Ｏ結合の生成に伴う副産物が水及びアルコールなどの液体でなく気体である点である。従って、本発明の方法は、同一温度でシリカ膜の形成速度が非常に速く、液体副産物が気化して除去されるときに引き起こされるシリカ膜の緻密性の低下などの問題が発生しない。従って、本発明によると、同一の厚さ（例えば、５００Å以下）のシリコン膜が形成された磁性導電体粉末粒子の絶縁抵抗及び高温放置時の安定性が、従来の方法によりシリカ膜が形成された磁性導電体粉末粒子の成形体に比べて大きく向上している。
【００１７】
以下、本発明の方法の準備及び実施工程について説明する。
【００１８】
１）磁性導電体金属粉末（平均粒径１０-1〜１０-2μｍ）の平均粒径から計算された比表面積又は実際に測定された比表面積と金属粉末表面に形成しようとするシリカ被膜の厚さとから、金属粉末に対する被覆溶液の重量比を決定する。
【００１９】
２）決定された重量比に従って金属粉末と被覆液（ＡＵＵＡＭＩＣＡ溶液）を混合する。
【００２０】
３）被覆液と金属粉末の混合物を被覆液の沸点以下（常温〜５０℃）で徐々にかき混ぜながら溶剤を蒸発させる。
【００２１】
４）溶剤が蒸発した後、１００〜２５０℃で１０〜６０分間熱処理して、被覆された被膜をシリカに転移させる。
【００２２】
５）シリカで被覆された金属粉末に金属粉末の重量に対して１〜７％の変性フェノール／エポキシバインダー及び金属粉末の重量に対して０.１〜１％のカップリング剤を混合する。バインダーは、金属粉末との均一な混合を容易にするためにアセトン／エタノール混合溶剤に溶かした状態の液体を使用する。
【００２３】
６）シリカで被覆された金属粉末、バインダー溶液及びカップリング剤の混合物をバインダー溶液の沸点以下（常温〜５０℃）で徐々にかき混ぜながら溶剤を蒸発させて除去する。
【００２４】
７）溶剤の蒸発除去後、１００〜２５０℃で１０〜６０分間熱処理してバインダー溶液内に残留する有機溶剤を完全に除去する。
【００２５】
８）以上のような方法で用意されたバインダー混合物をふるい分けして粒径５０〜１５０μｍの顆粒にする。この顆粒化作業は、加圧成形時にモールド内での粉末の流れを円滑にして成形体の密度を均一にする。
【００２６】
９）適正量の粉末を適切なモールド内に投入して１.０〜２.０ＧＰａで加圧成形した後、モールドから取り出して１２０〜１８０℃の温度で２０〜６０分間硬化して成形体を完成する。
【００２７】
上記した１）〜４）の工程は、量産時の粉末処理では噴霧乾燥機を利用して一括処理が可能であり、５）〜７）の工程も、量産時の大量粉末処理では噴霧乾燥機を利用して一括処理が可能である。
【００２８】
本発明の実施において、ＰＨＰＳの使用量は、被覆しようとする磁性導電体粉末粒子の種類、粒度、使用目的などによって適切に調節されるが、一般的に、磁性導電体粉末粒子の単位重量に対して０.５〜１.５％の量が適切である。０.５％未満の場合は、粉末表面に形成される絶縁膜が薄すぎて均一に形成することが難しくなるため、絶縁膜としての機能が弱くなり、１.５％を超過する場合は、粉末自体の磁性特性は著しく低下する。
【００２９】
本発明においては、上述のシリカ膜が被覆された磁性導電体粉末粒子に、既知の有機バインダー溶液とエポキシ機能性シラン（例えば、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン）又はアミノ機能性シラン（例えば、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン）の単独又はそれらを混合した既知の適切なカップリング剤を混合して所定のモールド内で加圧成形することにより、各導電体粉末粒子の電気的・磁気的特性が変更されずに、電気的に不導体である成形体を得ることができる。本発明において、使用可能な有機バインダーとしては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂があり、このうち、フェノール樹脂及びエポキシ樹脂が入手の容易性、結合力、コストなどの面で有利である。有機バインダーの使用量は、導電体粉末粒子の単位重量当たり０.５〜５％の比率である。前述したように、本発明に有用なカップリング剤としては、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン又はＮ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤があり、該カップリング剤は、使用しようとする有機バインダーの種類によって適切に選択できる。このカップリング剤は、導電体粉末粒子の単位重量に対して０.１〜１％の割合で使用することができる。このように被覆された磁性導電体粉末成形体は、磁気的特性に優れながらも電気抵抗が低いため、その適用範囲に制限があった金属磁性体の活用範囲を大きく拡大することができる。
【実施例】
【００３０】
１．試料の準備
平均粒度が０.５〜１０μｍである乾式カルボニル鉄粉末２５ｇをＰＨＰＳ溶液（溶媒: ｍ−キシレン）４ｇに浸漬した後、その溶液の沸点（１４０℃）以下の温度で３０分以上乾燥して溶剤を除去した。その後、２００℃の温度で３０分以上保持することでシリカ膜が被覆されたカルボニル鉄２５.２ｇを得た。次に、これに有機バインダーとしてフェノール樹脂及びエポキシ樹脂の混合バインダー４０％希薄溶液（溶剤＝アセトン＋メタノール）１．３ｇを、カップリング剤としてエポキシシランとアミノシラン混合液（１:１）０．１ｇを加えて十分混合した後、８０℃で溶媒を除去してから１３０℃で２０分間保持することで金属粉末表面に被覆された有機バインダーを部分硬化した。次に、それをふるい分けして粒度１００μｍ以下の顆粒にし、２．０Ｇｐａの成形条件下で加圧成形してモールドから除去し、１６０℃の温度で４０分間硬化して成形体試料１ｇを得た（試料１）。対照のために、上記ＰＨＰＳ溶液の代りにＴＭＯＳゾル（固形分５％）５.２ｇを使用して同一の工程で成形体１ｇを得た（試料２）。これら各成形体の成形条件は、次の表１に要約されている。試料１及び２において、金属粉末の重量増加をシリカ膜重量に換算してシリカの理論密度から計算した結果、各試料の被膜（シリカ）の厚さは、平均約５００Åであった。
【００３１】
【表１】
2006283190.tif 000004
【００３２】
２．試料の特性測定
表１の各試料において、有機バインダー及びシランカップリング剤を使用しない場合（表２）と、これらを使用した場合（表３）の成形密度及び抵抗値をそれぞれ測定した。密度は、重量及び体積を測定して計算し、抵抗は、試料の両側面にＡｇペーストを所定の広さに塗布し硬化して電極を形成した後、ＬＣＲメータを使用して測定した。
【００３３】
【表２】
2006283190.tif 000005
【００３４】
【表３】
2006283190.tif 000006
【００３５】
表２及び表３から分かるように、試料１及び２が同一の成形密度を示すのは、被覆液の差による微細構造の被膜の緻密性に差がないということである。しかしながら、成形直後及び硬化完了後には、抵抗だけでなく、電気製品に適用時の高温信頼性に密接な関係のある長時間（１００時間）高温放置後の抵抗値において、試料１は試料２より著しく改善されている。このようなデータから、本発明の方法で使用されたＰＨＰＳ溶液によって形成されたシリカ膜は、従来に比べて非常に優れた絶縁特性を示すことが分かる。
【００３６】
また、表３のデータから、被覆材料としてＰＨＰＳ溶液を使用して表面にシリカ膜を被覆した導電体粉末粒子に有機バインダー及びシランカップリング剤を混合して加圧成形すると、導電体粉末粒子の絶縁特性がさらに向上するということが分かる。